ไอบีเอ็มประกาศยุค ‘ควอนตัมแอดวานเทจ’ เริ่มต้นแล้ว สามผลงานวิจัยพิสูจน์ คอมพิวเตอร์ควอนตัมดีกว่าคลาสสิก

'ควอนตัมแอดวานเทจ' คืออะไร?

ควอนตัมแอดวานเทจ คือจุดที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำงานได้อย่างแม่นยำ ถูกกว่า หรือมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการคลาสสิกใดๆ ที่รู้จัก กรอบความคิดที่ IBM เผยแพร่ (arXiv:2506.20658) กำหนดเกณฑ์สำคัญสองข้อ: ข้อแรก ความถูกต้องของผลลัพธ์ควอนตัมต้องได้รับการตรวจสอบอย่างเข้มงวด ข้อสอง การคำนวณควอนตัมต้องแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพ ความคุ้มค่า หรือความแม่นยำที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับวิธีการแบบคลาสสิก ผลงานทั้งสามฉบับนี้ถูกออกแบบมาเพื่อให้เป็นไปตามเกณฑ์ทั้งสองข้อพร้อมกัน

สามการสาธิต

1. ไอบีเอ็ม และ Algorithmiq: จำลองวัสดุควอนตัมที่คลาสสิกตามไม่ทัน

งานวิจัยนี้จำลองวัสดุควอนตัมที่แตกต่างกัน (heterogeneous quantum material) ซึ่งออกแบบโดย Algorithmiq บนโปรเซสเซอร์ IBM Quantum Heron โมเดลนี้จำลองสสารควอนตัมที่ตั้งโปรแกรมได้ ซึ่งสามารถปรับแต่งการไหลของข้อมูล การโลคัลไลเซชัน และการแทรกสอดได้ — ซึ่งเป็นโจทย์ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาและอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่

ผลลัพธ์สำคัญ: แปดเดือนหลังจากที่โจทย์นี้ถูกปล่อยครั้งแรกบน Quantum Advantage Tracker ก็ยังไม่มีวิธีการคลาสสิกใดที่สามารถสร้างผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้ครอบคลุมทุกขอบเขตของโจทย์

วิธีการตรวจสอบคำตอบ: วิธีการจำลองแบบคลาสสิกต่างให้ผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกันเอง — พวกมันไม่สามารถตกลงกันได้ว่าคำตอบที่ถูกต้องคืออะไร ทีมวิจัยจึงพัฒนาเฟรมเวิร์ก 'trusted quantum computation' โดยใช้การจัดการสัญญาณรบกวน (noise manipulation): พวกเขาจงใจใส่สัญญาณรบกวนที่ควบคุมได้ ปรับเทียบเกตต่างๆ และรันการคำนวณบนโปรเซสเซอร์ IBM หลายตัว ผลลัพธ์ควอนตัมคงที่ภายใต้เงื่อนไขสัญญาณรบกวนที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นหลักฐานว่าค่าทางกายภาพที่แท้จริงกำลังถูกคำนวณอย่างถูกต้อง

คำเชิญชวนชุมชน: Algorithmiq เปิดซอร์ส monoprop ซึ่งเป็นวิธีการคลาสสิกที่ดีที่สุดของพวกเขาเองสำหรับการจำลองสถานะพื้นฐานของโมเลกุล เพื่อให้กลุ่มวิจัยใดๆ สามารถนำไปใช้ทดสอบการอ้างสิทธิ์ควอนตัมแอดวานเทจในอนาคต

2. ไอบีเอ็ม และ มหาวิทยาลัยชิคาโก: 70 ลอจิคัลคิวบิต พร้อมการแก้ไขข้อผิดพลาด

งานวิจัยนี้ใช้การสร้างวงจรควอนตัมแบบเข้ารหัส (ที่แก้ไขข้อผิดพลาดแล้ว) ขึ้นมาใหม่เพื่อทำการสาธิตการคำนวณควอนตัมเชิงตรรกะที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีรายงาน: 70 ลอจิคัลคิวบิต รันการดำเนินการแบบสองคิวบิตเชิงตรรกะ 2,415 ครั้ง และลอจิคัลทีเกต 468 ครั้ง อัตราความผิดพลาดเชิงตรรกะต่ำกว่าอัตราความผิดพลาดทางกายภาพพื้นฐาน ถึง 10 เท่า ซึ่งยืนยันว่าการแก้ไขข้อผิดพลาดทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ผลลัพธ์สำคัญ: การคำนวณควอนตัมเสร็จสิ้นในเวลาประมาณ 15 นาที ในขณะที่วิธีการจำลองคลาสสิกชั้นนำต้องใช้เวลาทำงานที่สูงเกินไปสำหรับงานที่เทียบเท่ากัน

วิธีการตรวจสอบคำตอบ: ทีมวิจัยพัฒนาทางเลือกที่มีโครงสร้างสำหรับการสุ่มตัวอย่างวงจรแบบสุ่ม (RCS) ซึ่งยังคงเกณฑ์ความยากแบบเดียวกัน แต่ช่วยให้สามารถตรวจจับข้อผิดพลาดได้ ระหว่าง การคำนวณเอง ซึ่งให้ความเชื่อมั่นทางสถิติในความเที่ยงตรงของผลลัพธ์

คำเชิญชวนชุมชน: วงจรและผลลัพธ์ถูกเผยแพร่อย่างเปิดเผยบน Quantum Advantage Tracker เพื่อให้ชุมชนใช้เป็นเกณฑ์มาตรฐาน

3. ไอบีเอ็ม และ Qedma: ฟิสิกส์หลายตัวบน 74 คิวบิต ตรวจสอบข้ามแพลตฟอร์มด้วย trapped-ion

งานวิจัยนี้ใช้ซอฟต์แวร์ลดความผิดพลาด QESEM ของ Qedma บนโปรเซสเซอร์ IBM Quantum Heron เพื่อศึกษาพลวัตของแบบจำลอง Floquet Ising แบบ 2 มิติ (ระบบแม่เหล็กที่ถูกขับเคลื่อน) ในระบบที่มีขนาดสูงสุด 74 คิวบิต แก้ไขการแกว่งของควอนตัมที่ซับซ้อนและมีอายุยาวนานซึ่งวิธีการคลาสสิกไม่สามารถสร้างซ้ำได้อย่างสม่ำเสมอ

ผลลัพธ์สำคัญ: การจำลองแบบคลาสสิกที่รันบน Fugaku (หนึ่งในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก ผ่าน RIKEN) และวิธีการจาก BlueQubit ไม่สามารถเห็นพ้องต้องกันได้อย่างสม่ำเสมอในขนาดที่การทดลองควอนตัมทำได้ ในขณะที่ผลลัพธ์ควอนตัมที่ลดความผิดพลาดแล้วยังคงสอดคล้องกัน

วิธีการตรวจสอบคำตอบ: กลยุทธ์สามชั้น: (1) การลดความผิดพลาดแบบ unbiased ถูกเทียบเคียงกับการคำนวณแบบคลาสสิกในขนาดที่เล็กกว่าซึ่งวิธีการคลาสสิกยังเชื่อถือได้ (2) จากนั้นใช้วิธีการลดความผิดพลาดแบบ scalable ขยายไปยังขนาดที่ใหญ่ขึ้น และ (3) การตรวจสอบความถูกต้องข้ามแพลตฟอร์มอย่างอิสระบน ระบบ trapped-ion ของ Quantinuum ยืนยันว่าฟิสิกส์ที่สังเกตได้นั้นไม่ได้จำเพาะเจาะจงกับฮาร์ดแวร์ของ IBM

คำเชิญชวนชุมชน: วงจรควอนตัมและผลลัพธ์ถูกเผยแพร่ต่อสาธารณะบน Quantum Advantage Tracker ก่อนที่จะมีการเผยแพร่ต้นฉบับบน arXiv

ประเด็นร่วม

Quantum Advantage Tracker

ทั้งสามทีมเผยแพร่โจทย์และผลลัพธ์ของพวกเขาบน Quantum Advantage Tracker แบบโอเพนซอร์สของ IBM — ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มชุมชนแห่งแรกสำหรับการเปรียบเทียบวิธีการควอนตัมและคลาสสิกแบบเรียลไทม์อย่างเป็นระบบ กลุ่มวิจัยใดๆ สามารถลองหักล้างการอ้างสิทธิ์ควอนตัมด้วยอัลกอริทึมคลาสสิกที่ดีกว่า และ tracker จะแสดงการเปรียบเทียบอย่างเปิดเผย

ปัญหาการตรวจสอบความน่าเชื่อถือ

คำวิจารณ์ที่คงอยู่ของการอ้างสิทธิ์ความเป็นเลิศของควอนตัมก่อนหน้านี้ (เช่น การทดลอง Sycamore ของ Google ในปี 2019) คือไม่สามารถตรวจสอบผลลัพธ์ควอนตัมได้อย่างอิสระ การมีส่วนร่วมสำคัญของ IBM ในทั้งสามงานวิจัยคือการพัฒนาวิธีการสร้างความไว้วางใจในผลลัพธ์ควอนตัม แม้เมื่อการตรวจสอบแบบคลาสสิกเป็นไปไม่ได้: การตรวจสอบความเสถียรด้วยการจัดการสัญญาณรบกวน การสร้างวงจรที่ตรวจจับข้อผิดพลาด และการตรวจสอบความถูกต้องข้ามแพลตฟอร์มบนฮาร์ดแวร์ที่แตกต่างกัน

เส้นทางข้างหน้า

Jay Gambetta ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยของ IBM กล่าวว่า: 'คอมพิวเตอร์ควอนตัมได้มาถึงจุดที่พวกมันสามารถแสดงหลักฐานของเกณฑ์พื้นฐานสำหรับความได้เปรียบ: พวกมันสามารถเหนือกว่าวิธีการคลาสสิกชั้นนำ และในขณะเดียวกันก็สามารถสร้างผลลัพธ์ที่เราเชื่อถือได้' ในเดือนมิถุนายน 2026 IBM ได้ให้คำมั่นสัญญามากกว่า หนึ่งหมื่นล้านดอลลาร์สหรัฐ กับแผนงานควอนตัมของตน โดยมีเป้าหมายที่จะสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนทานต่อความผิดพลาด (IBM Quantum Starling) ภายในปี 2029